Ключевые слова: герметизация, 3D интеграция, термокомпрессионный бондинг, микросборка, соединение металл — металл, оксид металла.
Аннотация
Процесс герметизации является финальной операцией по сборке продукта (соединению кристаллов). Для осуществления надежной и качественной герметизации между кристаллами необходимо сформировать низкое значение давления (вакуум), которое будет практически неизменным в течение длительного времени при испытаниях изделия в условиях жесткой эксплуатации. Термокомпрессионное соединение на уровне пластин является многообещающим методом для упаковки МЭМС с использованием таких металлов, как Au, Cu, Al, In в качестве связующего слоя между двумя кремниевыми пластинами. Некоторые преимущества этого метода соединения по сравнению с другими методами соединения: уменьшение размера кристалла МЭМС, электрические межсоединения между двумя пластинами и улучшенный контроль вакуума внутри герметичной полости. При термокомпрессионном соединении металлические связи образуются между осажденными металлическими подложками путем приведения их в тесный контакт и одновременного приложения температуры и давления. Совместное воздействие температуры и давления способствует диффузии атомов металла между поверхностями из-за атомного контакта между обеими подложками. Приложенное давление должно быть достаточно высоким, чтобы обе пластины соприкасались, несмотря на шероховатость поверхности. В результате получается прочная и герметичная связь. Инерционные МЭМС-датчики, такие как акселерометры и гироскопы, обычно закрываются в герметичных корпусах для защиты сборки от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Некоторые из них собраны в герметичных упаковках, но упаковка на уровне полупроводниковых пластин (WLP) стала более важной в последние годы. При применении WLP к МЭМС, помимо обеспечения герметичной инкапсуляции выпущенной структуры, упаковка должна быть совместима с производством МЭМС и стандартными процессами перераспределения и изменения. В данной статье сделан обзор по существующим методам герметизации с использованием различных металлов (Al-Al, Au-Au, Cu-Cu, In-In) при помощи технологии термокомпрессионного сращивания (бондинга) полупроводниковых пластин.
Keywords: sealing, 3D integration, thermocompression bonding, microassembly, metalmetal connection, metal oxide.
Abstract
The sealing process is the final operation for product assembly (crystal bonding). To perform reliable and qualitative sealing between crystals it is necessary to form a low pressure value (vacuum) that will be practically unchanged for a long time when testing the product under conditions of severe operation. Wafer-level thermal compression bonding is a promising method for MEMS packaging using metals such as Au, Cu, Al, In as a bonding layer between two silicon wafers. Some advantages of this bonding method over other bonding methods are: reduced MEMS crystal size, electrical interconnections between the two wafers, and improved vacuum control inside the sealed cavity. In thermal compression bonding, metal bonds are formed between the deposited metal substrates by bringing them into close contact and simultaneously applying temperature and pressure. The combined effect of temperature and pressure promotes diffusion of metal atoms between the surfaces due to atomic contact between the two substrates. The applied pressure must be high enough for both plates to contact despite the roughness of the surface. The result is a strong and hermetic bond. Inertial MEMS sensors, such as accelerometers and gyroscopes, are typically sealed in sealed housings to protect the assembly from mechanical damage and environmental exposure. Some are assembled in sealed packages, but wafer-level packaging (WLP) has become more important in recent years. When applying WLPs to MEMS, in addition to providing a sealed encapsulation of the released structure, the packaging must be compatible with MEMS fabrication and standard redistribution and modification processes. This paper gives an overview of existing encapsulation methods using different metals (Al-Al, Au-Au, Cu-Cu, In-In) using thermal compression splicing (bonding) technology of semiconductor wafers.
[ Full text ]